CN107036530B - 工件位置的校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化制造技术领域，公开了一种工件位置的校准系统及方法。本发明中，校准系统包含：摄像头、处理器、工件对应的承载座及标定板；标定板上设有标定符；标定符与标定板的中心点具有预设位置关系；标定板放置于承载座，且标定板的中心点与承载座的中心点重合；摄像头用于获取包含标定板的校准图像；在预设拍摄点获取的校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域；处理器用于从校准图像中识别出标定符；根据预设的映射坐标区域，计算标定符在预设坐标系中的参考坐标；根据参考坐标与预设位置关系，计算当工件放置于承载座时，工件在预设坐标系中的工件位置。本发明能够自动校准工件坐标位置，降低设备调试难度、提高生产效率。

Description

工件位置的校准系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化制造技术领域，特别涉及一种工件位置的校准系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，机器人在生产制造领域的应用越来越多。随着人力成本的逐年攀升以及劳动力资源的日益紧张，在电子产品制造领域，越来越多的机器人开始发挥作用。

在手机等的生产、测试环节，可以使用机器人代替人工完成一些重复性较强的工作。由于手机等的工业产品的结构多样，尺寸各异，所以在进行机器人工作站的数量设计时，需要尽量考虑机器人工作站的最大化利用以满足客户对于机器人利用率不断提高的要求。而工作站夹具的安装方式尽量设计为快速更换式，以最大满足客户自动化方案设计要求。

目前，由于在实际应用中需要频繁更换夹具、以及不同夹具制作精度一致性无法保证等原因，导致每次在夹具更换后需要通过人工肉眼判断机器人坐标是否偏移，并手动设定工件坐标，使得设备调试难度增加，工作量也相应增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工件位置的校准系统及方法，使得能够自动校准工件坐标位置，降低设备调试难度、提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种工件位置的校准系统，包含：摄像头、处理器、至少一种工件对应的承载座以及所述工件对应的标定板；所述处理器电性连接于所述摄像头；所述标定板上设有至少一个标定符；所述标定符与所述标定板的中心点具有预设位置关系；所述标定板放置于所述承载座，且所述标定板的中心点与所述承载座的中心点重合；所述摄像头位于预设拍摄点且用于获取包含所述标定板的校准图像；其中，在所述预设拍摄点获取的所述校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域；所述处理器用于从所述校准图像中识别出所述标定符，并根据所述预设的映射坐标区域，计算所述标定符在所述预设坐标系中的参考坐标；所述处理器还用于根据所述参考坐标与所述预设位置关系，计算当所述工件放置于所述承载座时，所述工件在所述预设坐标系中的工件位置；所述工件位置至少包含中心点坐标；其中，当所述工件放置于所述承载座时，所述工件的中心点与所述承载座的中心点重合。

本发明的实施方式还提供了一种工件位置的校准方法，应用于如前所述的工件位置的校准系统，所述工件位置的校准方法包含以下步骤：通过位于预设拍摄点的所述摄像头获取包含所述标定板的校准图像；其中，在所述预设拍摄点获取的所述校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域；从所述校准图像中识别出所述标定符；根据所述预设的映射坐标区域，计算所述标定符在所述预设坐标系中的参考坐标；根据所述参考坐标与所述预设位置关系，计算当所述工件放置于所述承载座时，所述工件在所述预设坐标系中的工件位置；其中，所述工件位置至少包含中心点坐标。

本发明实施方式相对于现有技术而言，标定板放置于承载座，且标定板的中心点与承载座的中心点重合，承载座的中心点与工件的中心点重合，则当获取到标定板的坐标时，即获取到了工件的位置坐标。在标定板上设有至少一个标定符，且标定符与标定板的中心点具有预设位置关系，将摄像头位置调整至预设拍摄点，控制摄像头获取包含标定板的校准图像，而在预设拍摄点获取的校准图像在预设坐标系(即机器人坐标系)中具有预设的映射坐标区域，从而可以利用处理器从校准图像中识别出标定符，并根据预设的映射坐标区域，计算标定符在预设坐标系中的参考坐标，再根据参考坐标与预设位置关系，计算得到工件在预设坐标系中的工件位置。因此，本发明中，每次更换夹具后，无需人工观察夹具并手动设定工件在预设坐标系中的位置，而通过将具有标定符的标定板与夹具定位后，利用摄像头在预设位置拍照获取标定板的校准图像，即可根据图像处理技术识别到标定符在预设坐标系中的坐标，从而获取工件在预设坐标系系中的位置。因此，本发明能够自动校准工件位置，降低设备调试难度、提高生产效率。

优选地，所述标定符的数目为两个；所述预设位置关系包含：所述两个标定符与所述标定板的中心点位于同一条直线上。从而，可以降低图像处理复杂度，快速计算得到标定符的参考坐标，进而快速得到工件位置。

优选地，所述预设位置关系还包含：所述两个标定符关于所述标定板的中心点对称。从而，可以进一步简化标定符坐标计算，快速得到标定符参考坐标，进而快速得到工件位置。

优选地，所述工件位置还包含工件旋转角度；所述工件旋转角度为所述这条直线与所述预设坐标系中的一个方向轴的夹角。从而，可以快速定位工件位置。

优选地，所述工件的中心点为所述工件的外切几何图形的中心点。从而可以方便地确定工件的中心点位置。

优选地，所述工件位置的校准系统还包含机器人；所述机器人用于将所述摄像头移动至所述预设拍摄点。从而，可以进一步提高系统的自动化程度，减少人工参与，提高生产效率。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式中工件的示意图；

图2是根据本发明第一实施方式中标定板放置于承载座的示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中的校准图像映射在预设坐标系中的示意图；

图4是根据本发明第二实施方式工件位置的校准方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种工件位置的校准系统，该系统包含：至少一种工件对应的承载座、工件对应的标定板、摄像头、处理器以及机器人。实际上的，该系统可以包含多种不同类型的工件、各工件对应的承载座以及各工件对应的标定板。

图1所示为工件1的示意图，图2是标定板3放置于承载座2的示意图。可知，本实施方式中的工件1与其对应的标定板3的形状相同。

其中，承载座2也称作夹具，用于夹持、定位工件1，在实际测试时，待测试的工件放置于承载座2，工件1的中心点与承载座2的中心点重合。工件1的中心点通过工件的外切几何图形的中心点确定，即工件的中心点为工件的外切几何图形的中心点，从而便于找准工件的中心点。本实施方式中，工件的外切几何图形为矩形，因此矩形的中心点即为工件的中心点10(如图1所示)。应当理解，本实施方式对于工件中心点的确定方法不作具体限制，并且对工件的外切几何图形的具体形状也不作限制。由于工件的结构多样，尺寸各异，所以可以针对形状、结构各不相同的工件分别制作承载座。当需要测试哪种产品时，在工作站上快速安装该种工件的承载座即可。

标定板与工件相对应是指：标定板的中心点与工件的中心点重合。即，工件1放置于承载座2时，工件1的中心点与承载座2的中心点重合；标定板3放置于承载座2时，标定板3的中心点与承载座2的中心点也重合。本实施方式中标定板的外形轮廓与待测试的工件一致，然而标定板的外形轮廓与工件的外形轮廓也可以不同。

标定板3上设有至少一个标定符30，标定符用于指示标定板上的中心点的位置。其中，标定符与标定板的中心点具有预设位置关系。本实施方式中，标定符的数目为两个，本实施方式中的标定符是两个通孔；然并不限于此，标定符可以为颜色不同于标定板颜色的标记点。为了便于指示标定板中心的位置，两个标定符与中心点之间具有预设位置关系，本实施方式中两者的预设位置关系为：两个标定符30与标定板的中心点20位于同一条直线上。进一步地，为了进一步简化两个标定符与中心点之间的位置计算关系，两个标定符30关于标定板的中心点20对称。其中，各标定符与标定板的中心点的距离以及各标定符的大小，可以根据实际需要设定。

摄像头(图未示)用于获取包含标定板的校准图像。本实施方式中，摄像头与待摄取图像之间具有预设位置关系。每次使用摄像头进行拍摄时，将摄像头移动至预设拍摄点即可。本实施方式中，由机器人将摄像头移动至预设拍摄点。比如，可以将摄像头安装于机器人的特定位置，机器人移动至对应于承载座的预设位置，并进行拍摄。从而可以降低人工操作的参与，提高生产的自动化程度和生产效率。

处理器电性连接于摄像头，接收从摄像头拍摄的校准图像，并从校准图像中识别出标定符。如图3所示，校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域，即在预设拍摄点拍摄的校准图像对应于机器人坐标系中特定的坐标位置范围。其中，本实施方式中所述的预设坐标系即可以认为是预设拍摄点所处的机器人坐标系。需要说明的是，图3中所示的校准图像的中心点与机器人坐标系中的原点重合，且校准图像的水平和垂直方向上的平分线分别与机器人坐标系中的平面坐标轴重合；然本实施方式对此不做任何限制，设计人员可以根据预设拍摄点在机器人坐标系中的实际位置设定。

拍摄到校准图像后，处理器可以采用已知的图像识别技术从校准图像中识别出标定符，本实施方式对此不再赘述。

处理器根据预设的映射坐标区域，计算标定符在预设坐标系中的参考坐标。即，由于校准图像上的各像素点对应于映射坐标区域中的一个点坐标，因此，根据识别出两个标定符所在的像素点，即可得到两个标定符在预设坐标系中的两个参考坐标。(若标定符较大时，一般是像素点区域，可以将像素点区域的中心点认为是标定符对应的参考坐标)

然后，处理器根据参考坐标与预设位置关系(即标定符与中心点的位置关系)，计算当工件放置于承载座时，工件在预设坐标系中的工件位置。其中，工件位置包含工件中心点坐标以及工件的旋转角度。具体而言，处理器计算出两个参考坐标的中点坐标为工件中心点坐标。并且，处理器将过两个参考坐标所在的直线作为参考线，并计算出所述参考线与预设坐标系的X轴的夹角作为工件旋转角度，如图3中所示的夹角为α。本实施方式对工件旋转角度的定义不做限制，于其他实施方式中，工件旋转角度也可以是参考线与预设坐标系的Y轴的夹角。

由上可知，由于标定板放置在承载座后标定板的中心点与承载座的中心点重合，并且，工件放置在承载座后工件的中心点与承载座的中心点也重合；因此，通过标定板的标定符计算出来的标定板在机器人坐标系中的位置，可以等同于当工件放置于承载座时，工件在预设坐标系中的工件位置。

本实施方式相对于现有技术而言，通过采用标定板辅助，以及利用摄像头拍摄的的方式，计算得到拍摄图像中标定板上的标定符的参考坐标，从而计算出中心点的位置坐标以及旋转角度，进而可以确定待测试的工件的位置。本实施方式在夹具更换时，降低了设备的调试难度，提高了生产的自动化程度及效率，并且提高了机器人的利用率，有利于降低生产成本。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第二实施方式涉及一种工件位置的校准方法，应用于如第一实施方式所述的工件位置的校准系统，如图4所示，包含以下步骤：

步骤301：将摄像头移动至预设拍摄点。

具体而言，在产线生产新的工件时，将对应于待加工工件的标定板放置于该加工工件的承载座上，使得标定板的中心点与承载座的中心点重合。将摄像头移动至预设拍摄点，即对应于承载座的特定位置。

步骤302：通过位于预设拍摄点的摄像头获取包含标定板的校准图像。

启动摄像头进行拍照，获取包含有标定板的校准图像，标定板上设有标定符。

其中，在预设拍摄点获取的校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域，即校准图像中各像素点的位置均与预设坐标系中的一个坐标值相对应。

步骤303：从校准图像中识别出标定符。

即可以采用已知的图像识别技术识别出校准图像中的标定符，在此不再赘述。

步骤304：根据预设的映射坐标区域，计算标定符在预设坐标系中的参考坐标。

步骤305：根据参考坐标与预设位置关系，计算当工件放置于承载座时，工件在预设坐标系中的工件位置。

其中，工件位置至少包含中心点坐标，工件位置还可以包含工件相对预设坐标系的旋转角度。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

由于第一实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第一实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种工件位置的校准系统，其特征在于，包含：摄像头、处理器、至少一种工件对应的承载座以及所述工件对应的标定板；所述处理器电性连接于所述摄像头；

所述标定板上设有至少一个标定符；所述标定符与所述标定板的中心点具有预设位置关系；所述标定板放置于所述承载座，且所述标定板的中心点与所述承载座的中心点重合；

所述摄像头位于预设拍摄点且用于获取包含所述标定板的校准图像；其中，在所述预设拍摄点获取的所述校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域；

所述处理器用于从所述校准图像中识别出所述标定符，并根据所述预设的映射坐标区域，计算所述标定符在所述预设坐标系中的参考坐标；

所述处理器还用于根据所述参考坐标与所述预设位置关系，计算当所述工件放置于所述承载座时，所述工件在所述预设坐标系中的工件位置；所述工件位置至少包含中心点坐标；其中，当所述工件放置于所述承载座时，所述工件的中心点与所述承载座的中心点重合；

所述标定符的数目为两个；所述预设位置关系包含：所述两个标定符与所述标定板的中心点位于同一条直线上；所述工件位置还包含工件旋转角度；所述工件旋转角度为所述这条直线与所述预设坐标系中的一个方向轴的夹角。

2.根据权利要求1所述的工件位置的校准系统，其特征在于，所述预设位置关系还包含：所述两个标定符关于所述标定板的中心点对称。

3.根据权利要求1所述的工件位置的校准系统，其特征在于，所述工件的中心点为所述工件的外切几何图形的中心点。

4.根据权利要求1所述的工件位置的校准系统，其特征在于，所述工件位置的校准系统还包含机器人；

所述机器人用于将所述摄像头移动至所述预设拍摄点。

5.一种工件位置的校准方法，其特征在于，应用于权利要求1至4中任意一项所述的工件位置的校准系统，所述工件位置的校准方法包含以下步骤：

通过位于预设拍摄点的所述摄像头获取包含所述标定板的校准图像；其中，在所述预设拍摄点获取的所述校准图像在预设坐标系中具有预设的映射坐标区域；

从所述校准图像中识别出所述标定符；

根据所述预设的映射坐标区域，计算所述标定符在所述预设坐标系中的参考坐标；

根据所述参考坐标与所述预设位置关系，计算当所述工件放置于所述承载座时，所述工件在所述预设坐标系中的工件位置；其中，所述工件位置至少包含中心点坐标。

6.根据权利要求5所述的工件位置的校准方法，其特征在于，在通过位于预设拍摄点的所述摄像头获取包含所述标定板的校准图像的步骤之前，还包含以下步骤：

将所述摄像头移动至所述预设拍摄点。

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